JP4772510B2 - 重量物の支持が可能な超電導磁石装置 - Google Patents

Description

本発明は、重量物の支持が可能な超電導磁石装置に係り、超電導体の磁束ピニング効果による反発装置でもって重量物の支持を可能にする装置に関するものである。

従来、タンパク質の構造解析方法として、強磁気力場発生装置（下記特許文献１）が本願発明者らによって提案されている。
また、重量物の支持が可能な超電導磁石の分野の技術としては、超電導フライホイール電力貯蔵装置（下記特許文献２参照）が本願発明者によって提案されている。
特開２００３−００７５２５号公報 特開２００３−２１９５８１号公報

しかしながら、上記した従来の第１の技術は、重量物の支持が可能な超電導磁石に関するものではなく、また、従来の第２の技術では、重量物の支持が可能ではあるが、超電導磁石装置の構成が複雑になるとともに、低温部にある超電導コイルを支持する荷重支持体を強化する必要があり、それに伴って低温部への熱侵入量が増加してしまうといった問題があった。

本発明は、上記状況に鑑みて、構造が簡単で、かつ重量物の支持が可能な強力な浮上力を得ることができる、重量物の支持が可能な超電導磁石装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕重量物の支持が可能な超電導磁石装置において、内部に超電導コイルが配置される円筒状のコイル真空容器と、前記コイル真空容器の内側に固定され配置されるフランジ付き荷重支持体と、この荷重支持体の少なくとも上方に固定される鉄製のリング状の磁気力ブースターと、重量物を懸垂するように前記コイル真空容器の中心軸上に配置されるとともに、前記鉄製のリング状の磁気力ブースターに対向するように固定される超電導バルク体を有する荷重支持体とを具備することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の重量物の支持が可能な超電導磁石装置において、前記重量物がフライホイールであり、前記鉄製のリング状の磁気力ブースターを前記荷重支持体の上部と下部に配置し、この上部と下部にそれぞれ超電導バルク体を配置することを特徴とする。
〔３〕上記〔２〕記載の重量物の支持が可能な超電導磁石装置において、前記超電導バルク体を囲むクライオスタットを設けることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）鉄製のリング状の磁気力ブースターを配置したことにより、超電導コイル本体を改造することなく、磁気力（＝磁場×磁場勾配）の向上と、最大荷重の向上を図ることができる。
（２）重量物からなるフライホイールを超電導コイル本体を改造することなく、簡便に構成することができる。

本発明の重量物の支持が可能な超電導磁石装置は、内部に超電導コイルが配置される円筒状のコイル真空容器と、前記コイル真空容器の内側に固定され配置されるフランジ付き荷重支持体と、この荷重支持体の少なくとも上方に固定される鉄製のリング状の磁気力ブースターと、重量物を懸垂するように前記コイル真空容器の中心軸上に配置されるとともに、前記鉄製のリング状の磁気力ブースターに対向するように固定される超電導バルク体を有する荷重支持体とを具備するようにしたものである。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の実施例を示す重量物の支持が可能な超電導磁石の断面模式図である。
この図において、固定側には、荷重の一部を負担する超電導コイル１と、その超電導コイル１の荷重を支持する荷重支持体２（室温〜低温）と、円筒状のコイル真空容器３と、その円筒状のコイル真空容器３に固定される上方鍔付き円筒状の荷重支持体（室温）４と、その上方鍔付き円筒状の荷重支持体４（室温）の筒の内側の上下に固定され、荷重の一部を負担する鉄製のリング状の磁気力ブースター５，６とが配置されている。一方、可動側には、支持される円筒状の重量物７と、この円筒状の重量物７から上方に伸びる棒状体（荷重支持体）８と、この棒状体８の先端部に固定され、前記リング状の磁気力ブースター５の中心に配置される、超伝導体などからなる反磁性体（バルク体）９とを備えている。

図２はその重量物の支持が可能な超電導磁石の各部に作用する力を示す模式図、図３はその垂直方向の距離ｚ（ｍｍ）と磁気力（Ｔ² ／ｍ）の特性図であり、ａは本発明のように磁気力ブースターがある場合、ｂは磁気力ブースターがない場合を示している。
電磁力負担の比率が、超電導コイル：磁気力ブースター＝５０：６０なので、荷重を５００ｋｇｆとした場合、超電導コイルが２２７ｋｇｆを、磁気力ブースターが２７３ｋｇｆを負担することになる。

超電導コイル１の中心磁場を５．５Ｔ、超電導コイル１のコイル真空容器３の内径（室温ボア）を４００ｍｍφ、磁気力ブースター５，６の内径を１００ｍｍ、バルク体９を６０ｍｍφとした場合、１１は超電導コイル１の超電導電流、１２はバルク体９の超電導電流、１３は磁気力ブースター５の表面電流、１４は磁気力ブースター５とバルク体９との間の吸引力、１５は磁気力ブースター５とバルク体９との間の反発力、１６はバルク体９と超電導コイル１の中心部との間の反発力、１７はバルク体９に働く浮上力（５００ｋｇｆ）、１８は磁気力ブースター５に働く荷重（２２７ｋｇｆ）であり、ここで、電流間の距離の効果により、吸引力１４の大きさは反発力１５の大きさより大きくなる。従って、磁気力ブースター（鉄）５と反磁性体（バルク体）９の間に働く電磁力は吸引力の方が勝ることになる。１９は超電導コイル１に働く荷重（２７３ｋｇｆ）（反発力のみ）である。

このように、磁気力ブースター５，６を配置することで、超電導コイル１本体を改良することなく磁気力（磁場×磁場勾配）を向上させることができる。磁気勾配が大きくなることで、磁気力のバネ常数も向上する。また、許容最大荷重の向上を図ることができる。また、低温部への熱侵入経路となる、超電導コイル１の荷重支持体を補強する必要がないので熱侵入の増大がない。

この構成は鉄の飽和磁束密度を超えた領域でも適用可能である。
図４は本発明の適用例を示すフライホイール試験装置の模式図である。
この図において、固定側には、既存品を流用した荷重の一部を負担する超電導コイル２１と、その超電導コイル２１の荷重を支持する荷重支持体２２（室温−低温）と、円筒状のコイル真空容器２３と、その円筒状のコイル真空容器２３に固定される上方鍔付き円筒状の荷重支持体（室温）２４と、その上方鍔付き円筒状の荷重支持体２４（室温）の筒の内側の上下に固定され、荷重の一部を負担する鉄製のリング状の磁気力ブースター２５，２６とが設けられている。一方、可動側には、支持される円筒状のＳＵＳ製フライホイール（重量物）２７と、この円筒状の重量物２７から上方に伸びるクライオスタット２８が配置され、このクライオスタット２８には冷媒２９が封入されており、棒状体（荷重支持体）３０と、この棒状体３０の先端部と下部に固定され、前記リング状の磁気力ブースター２５，２６にそれぞれ対向するように配置される、超電導バルク体３１，３２とを備えている。

ここでも、荷重支持体（室温）２４には下向きの荷重４１が、超電導バルク体３１，３２にはそれぞれ電磁力（浮上力）４２が作用する。
この実施例においても、磁気力ブースター２５，２６を採用することにより、超電導コイル２１本体を改造することなく、磁気力（＝磁場×磁場勾配）の向上と、許容最大荷重の向上を図ることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の重量物の支持が可能な超電導磁石装置は、従来の超電導磁石本体を改良する必要なしに、これを用いて重量物の支持を行うことができ、フライホイール試験装置などに利用することができる。

本発明の実施例を示す重量物の支持が可能な超電導磁石の断面模式図である。 本発明の重量物の支持が可能な超電導磁石の各部に作用する力を示す模式図である。 本発明の重量物の支持が可能な超電導磁石の垂直方向の距離ｚ（ｍｍ）と磁気力（Ｔ² ／ｍ）の特性図である。 本発明の適用例を示すフライホイール試験装置の模式図である。

１，２１ 超電導コイル
２，２２ 超電導コイルの荷重を支持する荷重支持体（室温〜低温）
３，２３ 円筒状のコイル真空容器
４，２４ 上方鍔付き円筒状の荷重支持体
５，６，２５，２６ 鉄製のリング状の磁気力ブースター
７ 支持される円筒状の重量物
８，３０ 棒状体（荷重支持体）
９ 反磁性体（バルク体）
１１ 超電導コイルの超電導電流
１２ バルク体の超電導電流
１３ 磁気力ブースターの表面電流
１４ 磁気力ブースターとバルク体との間の吸引力
１５ 磁気力ブースターとバルク体との間の反発力
１６ バルク体と超電導コイルの中心部との間の反発力
１７ バルク体に働く浮上力
１８ 磁気力ブースターに働く荷重
１９ 超電導コイルに働く荷重
２７ 円筒状のＳＵＳ製フライホイール（重量物）
２８ クライオスタット
２９ 冷媒
３１，３２ 超電導バルク体
４１ 荷重
４２ 電磁力（浮上力）

Claims (3)

1. （ａ）内部に超電導コイルが配置される円筒状のコイル真空容器と、
   （ｂ）前記コイル真空容器の内側に固定され配置されるフランジ付き荷重支持体と、
   （ｃ）該荷重支持体の少なくとも上方に固定される鉄製のリング状の磁気力ブースターと、
   （ｄ）重量物を懸垂するように前記コイル真空容器の中心軸上に配置されるとともに、前記鉄製のリング状の磁気力ブースターに対向するように固定される超電導バルク体を有する荷重支持体とを具備することを特徴とする重量物の支持が可能な超電導磁石装置。
2. 請求項１記載の重量物の支持が可能な超電導磁石装置において、前記重量物がフライホイールであり、前記鉄製のリング状の磁気力ブースターを前記荷重支持体の上部と下部に配置し、該上部と下部にそれぞれ超電導バルク体を配置することを特徴とする重量物の支持が可能な超電導磁石装置。
3. 請求項２記載の重量物の支持が可能な超電導磁石装置において、前記超電導バルク体を囲むクライオスタットを設けることを特徴とする重量物の支持が可能な超電導磁石装置。

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